编者按：设计运算放大器电路的时候，首先碰到的问题就是如何合理地选用器件。所谓“合理”，一是所选器件应能满足电路的技术指标要求，二是在满足要求的前题下应尽可能选取便宜的器件以降低成本。此外，有时也需要充分利用手头上已有的器件来提高电路的性能以及需要解决运算放大器间的互换问题。
要解决以上问题，都必须对集成运放主要技术指标的含意、指标高低对电路性能的影响有较深入地了解。为此，我们将发表一组文章，介绍集成运放技术指标的意义，本篇是第一篇。
放大器在没有外部反馈时的差模直流电压增益简称开环电压增益，用A\(_{vd}\)来表示。它是放大器开环时的输出电压V0与输入差动电压V\(_{P}\)－VN之比，见图1。
一般情况下总是希望运算放大器的开环电压增益指标A\(_{vd}\)越高越好。为什么Avd高一些好呢？这是因为几乎在所有线性应用电路中，运算放大器都是接成闭环，即接成电压负反馈的形式工作的。图2所示即为接成电压串联负反馈形式的同相输入放大电路，信号源V\(_{i}\)直接接到运算放大器的同相输入端，因而其同相输入端电位Vp=V\(_{i}\)。反相输入端虽未接信号源，但它通过反馈电阻RF与放大器输出端相连，所以在反相输入端存在一个来自输出端的反馈信号电压V\(_{N}\)=RIR\(_{I}\)+RFV\(_{0}\)=FV0，V\(_{N}\)表示运放反相输入端电位，F=RI／（R\(_{I}\)＋RF）表示输出电压反馈到输入端的信号百分比，故称为反馈系数。在这里运放起差动输入放大作用，假定V\(_{P}\)＝VN时V\(_{0}\)=0，于是在有信号输入时V0=A\(_{vd}\)（VP-V\(_{N}\)vd（V\(_{i}\)-FV0）。整理上式则有A\(_{vf}\)=V0/V\(_{i}\)=Avd/(1+A\(_{vd}\)·F）。式中Avf表示此负反馈放大器的放大倍数，称为闭环放大倍数或闭环增益。
如果运算放大器的开环电压增益A\(_{vd}\)足够高，例如有Avd≥10\(^{5}\)，那么，在一般的反馈深度下应该有A\(_{vd}\)·F》1。例如F=0.01时有Avd·F=105·10\(^{－2}\)=103》1。这样，在前面A\(_{vf}\)的表达式中即可略去分母中的1而得出Avf\(_{vd}\)vd·F=1／F=（R\(_{I}\)＋RF）／R\(_{I}\)。这就说明，当Avd足够大时，用运放组成的闭环放大器其增益A\(_{vf}\)就只与反馈系数F有关，而与Avd无关了。如前例，因为有F=0.01，则此闭环工作的放大器有A\(_{vf}\)≈1F=100。正是基于这种关系，我们经常利用开环增益极高的运算放大器通过一定深度的负反馈组装成各种放大电路。这样设计电路的优越性在于：
（1）大大减化了电路的设计与调试工作。如在已知运放的A\(_{vd}\)足够大而无需知道它的精确值的情况下，只要按照所需的闭环增益Avf来选择合适的电阻R\(_{I}\)、RF接入反馈回路即可。
运算放大器的A\(_{vd}\)越高，按照Avf≈1／F所设计的放大器的实际闭环增益就越趋于理想值1／F。例如仍以F=0.01的电路为例，若运放的A\(_{vd}\)=10\(^{5}\)时，其Avf的精确值应为A\(_{vf}\)=105/（1＋10\(^{5}\)×10-2）=10\(^{5}\)/1001≈99.9001。若运放的Avd只有103，则其A\(_{vf}\)=10\(^{3}\)／1＋103·10\(^{-}\)2=103／11≈90.9091，与1／F相比已有约10％的误差。可见Avd越高，其实际闭环增益A\(_{vf}\)越趋近于设计值1／F。
（2）有利于批量生产解决器件的互换性问题。由于半导体器件制造工艺上的离散性，对于同一型号，同一档级的运算放大器，其开环增益A\(_{vd}\)也是各不相同的，但只要它们的Avd足够大，利用这些A\(_{vd}\)各不相同的运放组装成闭环放大器后其闭环增益Avf也能保证基本上是一致的。这是因为当A\(_{vd}\)足够大时其Avf只与反馈系数有关而基本与A\(_{vd}\)无关。仍以前例说明，为组装一批Avf=100的放大器，若能保证所选运放的A\(_{vd}\)≥10\(^{4}\)，即可有Avd·F≥104·10\(^{-}\)2＝100，已足能保证A\(_{vd}\)·F》1的条件，这时不管所用器件的Avd相差多大，它们的闭环增益都是趋于100的。如当A\(_{vd}\)=104时有Avf=10\(^{4}\)／（1＋104·10\(^{-}\)2）=104/101≈99.01，而另一个运放即使其A\(_{vd}\)比前一个大10倍，即Avd=10\(^{5}\)，前已计算其A\(_{vf}\)≈99.9。可见在这个例子中只要保证运放的Avd≥104而不管它们之间相差几倍、几十倍，它们的闭环增益相对误差都是小于1％的。
（3）具有较高的温度稳定性。由于半导体器件对温度变化很敏感，温度波动时晶体管的参数往往会有很大的变化。因而在航空、航天、以及工作环境温度变化较大的应用场合，放大器的增益随温度而变化就是一个需要加以解决的麻烦问题。如果利用运算放大器，则只要选用A\(_{vd}\)较高的器件，哪怕在整个工作温度变化范围内其Avd有较大的变化，但仍能满足“足够大”的条件，则与前述原理相同，其闭环增益仍只与反馈系数有关而基本不受A\(_{vd}\)波动的影响，又由于组成反馈网络的金属膜或碳膜电阻也都具有比较小的温度系数，温度变化时其阻值之比，即反馈系数F基本不随温度波动而变化，因而其闭环增益Avf将具有较高的温度稳定性。
由以上分析可以看出，设计电路时选用高增益运放是有好处的。正因为如此，同一型号的运算放大器其开环增益的高低也是它出厂分档时的主要依据之一。
一般为提高放大器的增益有两条途径，一是靠增加放大器的级数来提高增益，但级数过多必然使放大器的高频附加相移增大而导致放大器自激，因此一般运算放大器电路虽然由多至几十个晶体管组成，但起电压放大作用的一般不超过三级。在大多数情况下则采用两级放大，但尽可能提高这两级的增益，尤其是中间级的增益以解决稳定性与高增益之间的矛盾。如F007等高增益运放，虽只有两级电压放大，但其A\(_{vd}\)仍能高达十万倍以上。
当我们进行电路设计时，是不是选用器件的A\(_{vd}\)越高越好呢？不一定。因为，第一，一般高增益运放要比低增益运放贵，而电路设计时需要保证的是Avd·F》1。因此，所设计放大器的闭环增益越低，即F越大，A\(_{vd}\)·F》1就越容易满足，即使选用Avd指标比较低的运放也能保证有较好的闭环增益稳定性与温度稳定性。反之，若要求设计一个闭环增益很高的放大器，则应选用A\(_{vd}\)较高的运放才能保证有Avf≈1／F。
第二，一般高增益运算放大器的频带都比较窄，如高增益运算放大器F007其A\(_{vd}\)≥2×10\(^{5}\)，而开环带宽只有5Hz左右，中增益运放F003其Avd≥4×104，开环带宽约为1KHz，而低增益运算放大器F001其A\(_{vd}\)≥3×10\(^{3}\)，它的开环带宽高达500KHz，因此选择运算放大器时不应只追求Avd指标，还应根据所需电路的工作频率与带宽要求来选择器件。如最早研制出来的运算放大器F001，似乎是电路最简单、价格最便宜、增益又最低的“低级”器件，然而由于频带宽故仍不失为一种较优秀的宽带运放器件而用于各种宽带放大电路中。又比如在利用运算放大器组装音响电路选用器件时就应兼顾增益及带宽的要求，宜选用中增益运放F003、FC3、EG303、8FC2、5G23等。而设计高精度直流放大器如模拟计算机中作各种运算器时，选用高增益、低漂移运放如4E325、XFC78、BG312、8FC5等就是很有必要的了。
一般运算放大器的A\(_{vd}\)在10\(^{3}\)量级的称为低增益运放，如通用Ⅰ型运放F001、F002（F001、F002电路与国外各公司702型运放相应，这两种运放的差别在于：F001有外接调零端而F002则没有，国内各厂家所生产的BG301、8FC1、FC1、5G922、7XC1等也均仿自702型运放、唯名称与管脚排列各不相同）。Avd在104量级的称为中增益运放，如通用Ⅱ型运放F003、F005（F003、 F005电路与国外各公司709型运放相应。F003有外接调零端而F005则没有），此外属于中增益运放的器件还有FC3、4E304、BG303、8FC2、XFC2、7XC2、5G23、FC41、YZ41等。A\(_{vd}\)在10\(^{5}\)量级的称为高增益运放，如通用Ⅲ型运放F006、F007（与国外各厂家741型运放相应，F006采用外补偿，有外接补偿端。F007采用内部全补偿，使用时不必再考虑补偿问题。国内各厂生产的BG308、8FC4、5G24、FC4、4E322、NG04等电路也均是仿自741的几种派生型电路）。此外，属于高增益通用型运放的器件还有BG305、SG006、8FC3、XFC3、FC52、KD203、XFC77等。
应当指出，A\(_{vd}\)对温度、老化及电源等因素是十分敏感的。因此测定Avd的确切数值是没有意义的，通常感兴趣的是它的数量级。
一般情况下开环电压增益指标A\(_{vd}\)除直接用放大倍数表示外，还经常以20logAvd，即分贝数（dB）给出。如高增益运放F007，可用A\(_{vd}\)≥2×10\(^{5}\)表示，也可以用Avd≥106dB表示。（张国华）